太阳能警示灯四灯爆闪灯.docx
《太阳能警示灯四灯爆闪灯.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能警示灯四灯爆闪灯.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
太阳能警示灯四灯爆闪灯
武威职业学院
专业（专科）
毕业设计（论文）
题目太阳能警示灯-四灯
爆闪灯
姓名
学号
指导老师
完成日期
教学系能源工程系
摘要
人类社会生活水平的不断提高，导致人类对能源的需求量也越来越大、能源紧缺的问题也越来越明显。
而且随着世界各国石油、煤炭等化石燃料的匮乏，全国大部分地区为了对付缺电，实行了分地区分时段的拉闸限电措施。
而交通灯作为重要的指挥工具，如果因为断电而不能正常工作，变会造成许多交通隐患。
因此，对如何更好的利用可再生资源成了全球关注的焦点
本文主要介绍一种利用太阳能电池供电、用单片机程序控制的太阳能四灯爆闪灯。
首先介绍了太阳能四灯爆闪灯的工作过程及原理，其次对构成太阳能四灯爆闪灯的太阳能光伏电池板、控制器、蓄电池、单片机等做了详细介绍，最后对系统的容量设计及配置选型两方面做了介绍。
利用太阳能电池发出的电给太阳能四灯爆闪灯供电，并将多余的电能储存但蓄电池内，供太阳能四灯爆闪灯在夜晚或者阴雨天使用，保障太阳能四灯爆闪灯可以长时间的工作。
关键词太阳能四灯爆闪灯太阳能电池板蓄电池控制器单片机
目录
第1章太阳能四灯爆闪灯的设计方案1
1.1设计要求1
1.2设计方案1
第2章太阳能四灯爆闪灯2
2.1太阳能四灯爆闪灯的作用2
2.2太阳能四灯爆闪灯的组成2
2.3太阳能四灯爆闪灯的工作原理2
第3章太阳能四灯爆闪灯的供电系统4
3.1太阳能电池组件4
3.1.1电池组件的基本要求4
3.1.2太阳能电池原理5
3.1.3太阳能电池的特性6
3.1.4太阳能电池的分类8
3.2蓄电池8
3.2.1蓄电池的分类8
3.2.2蓄电池的工作原理11
3.2.3铅酸蓄电池的型号识别12
3.2.4铅酸蓄电池的使用维护要点12
3.3控制器13
3.3.1光伏控制器的主要技术参数14
3.3.2控制器接线15
第4章太阳能四灯爆闪灯的控制系统17
4.1控制系统中的电子元器件17
4.2控制系统-单片机18
总结21
致谢22
参考文献23
第1章太阳能四灯爆闪灯的设计方案
1.1设计要求
1.通过太阳能电池板及其备用蓄电池对太阳能四灯爆闪灯供电；
2.用计算机辅助设计软件protel设计电路原理图，用proteus仿真软件对电路进行仿真；
3.以单片机为核心芯片，通过控制红蓝两色LED灯在公路特殊路段起到警示作用；
4.论文主要包括清晰地电路原理图、设计外观图、仿真图；
1.2设计方案
采用太阳能电池及备用蓄电池供电，确保太阳能四灯爆闪灯能在夜晚正常工作，并且可以在连续10个阴雨天里正常工作，采用单片机自动控制LED灯的闪烁频率，由一面来工作，提高灯的闪烁频率达到爆闪的效果。
第2章太阳能四灯爆闪灯
2.1太阳能四灯爆闪灯的作用
太阳能四灯爆闪灯在工作生活中有以下的作用
1.公路养护作业面前放置，做到提醒司机谨慎驾驶。
2.在公路上存有交通安全隐患的危险路段安装提示司机或行人注意，有效的起到警示作用，避免交通事故和意外事故的发生。
如公路交叉路口、弯道、桥梁、公路边村庄路口、学校门口、住宅小区、厂区大门口等危险路段。
如图2.1所示为太阳能四灯爆闪灯。
图2.1太阳能四灯爆闪灯
2.2太阳能四灯爆闪灯的组成
1.采用密封组合灯组，每组由12个LED灯组成；
2.聚碳酸酯灯罩抗冲击、耐老化、透明度高；
3.闪光模式控制器，光控、过充、过放电保护。
2.3太阳能四灯爆闪灯的工作原理
由太阳能电池组件及蓄电池供电、控制器控制供电时间段，由单片机程序对太阳能四灯爆闪灯的闪烁进行控制，包括闪烁频率和闪烁的程度。
图2.2太阳能四灯爆闪灯电路图
第3章太阳能四灯爆闪灯的供电系统
在太阳能四灯爆闪灯的工作过程中，主要给灯具提供电能的有太阳能电池组件以及配套的蓄电池组。
3.1太阳能电池组件
太阳能电池组件也叫太阳能光伏组件，通常还简称为电池组件或光伏组件，英文名称为“SolarModule”或“PVModule”。
电池组件是把多个单体的太阳电池片根据需要串、并联起来，并通过专用材料和专门生产工艺进行封装后的产品。
目前易用的太阳能电池主要是晶体硅电池，分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池等几种。
图3.1太阳能电池组件
3.1.1电池组件的基本要求
电池组件在应用中要满足以下要求：
①能够提供足够的机械强度，是电池组件能经受运输、安装和使用过程中，由于冲击、震动等而产生的应力，能经受冰雹的冲击力；
②具有良好的密封性，能够防风、防水，隔绝大气条件下对太阳电池片的腐蚀；
③具有良好的电绝缘性能；
④抗紫外线辐射能力强；
⑤工作电压和输出功率可以按不同的要求进行设计，可以提供多种接线方式，满足不同的电压、电流和功率输出的要求；
⑥因太阳电池片串、并联组合引起的效率损失小；
⑦太阳电池片间连接可靠；
⑧工作寿命长，要求电池组件在自然条件下能够使用20年以上；
⑨在满足前述条件下，封装成本尽可能低。
3.1.2太阳能电池原理
（1）太阳能电池光伏效应：
当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。
这个过程的实质是：
光子HYPERLINK"
图3.2太阳能光伏发电原理
（2）太阳能电池的光电转换效率
投射到太阳能电池整个光照面的光能只有一小部分可变成电能，这是因为它受很多因素的影响。
太阳光在外层空间的辐射基本是恒定的，但经过成分不同、厚度不同的大气层的吸收，其中包括含量大而且多变的水蒸气的选择性吸收，到达地面的太阳能光谱随时随地都在发生变化。
一般情况下，到达地面的太阳光光谱为0.3～4µm。
实际上，太阳能电池的效率要比理论计算值低的多。
因为太阳能电池在装换过程中有很多损失，其损失概括起来有以下几点。
1投射到电池表面的光，一部分被反射掉而没有进入电池，这种反射损失是一种相当大的损失。
纯净的硅表面的反射率在0.4～1µm波长范围内约为30%，而其他材料的反射率也相当高。
为减少损失，在制造太阳能电池时会在纯净的硅表面镀一薄层氧化硅以减少反射，这些膜在光谱范围内是透明的。
2光线进入电池后能量大于“禁带”宽度的光子被太阳能电池吸收，产生电子—空穴对，但还有一部分剩余能量在短时间内以热的形式传给了半导体晶格，也造成了损失；能量小于“禁带”宽度的光子不能产生空穴对，而在太阳能电池中损失掉。
对于硅太阳能电池，该损失占入射太阳能总能量的53%。
3光激发产生的少数载流子中有一部分以扩散方式流到PN结，它是对电流输出有贡献的一部分，而另一部分则远离结位置并在电池表面和内部复合掉了。
太阳能电池的开路电压小于PN结接触电势差，这项损失为电压因素损失。
4太阳能电池的最大功率与开路电压和短路电流乘积之比通常用FE（或CF）表示：
FE=ImVm/IscVoc
式中，IscVoc是太阳能电池的极限输出功率；ImVm是太阳能电池的最大输出功率。
太阳能电池在开路和短路时的损失称为开路损失和短路损失。
5太阳能电池的串联电阻、接触电阻和薄膜层电阻也造成损失。
3.1.3太阳能电池的特性
（1）太阳能电池的光电特性
当光照到太阳能电池上时，在电池负载电阻R上和电池内部，分别流过电流IR和IJ。
其中，IJ为通过PN结的正向电流。
当光照恒定时，光电流IP=IR+IJ也恒定。
光电流在太阳能电池内、外的流动，可用等效电路表示，光电池端的电压VJ应与电阻上的电压VR相等，光电池的电流IJ随VJ的变化呈指数关系：
IJ=Ip〔eqVJ/AkT-1〕
式中，q为电子电荷，取值1.6×10-10C；T为绝对温度，单位为K;k为玻尔兹曼常数，取值1.380×10-23J/K或0.86×10-4eV/K;A为太阳能电池的有效面积，单位为mm2。
负载电阻R上的电流和电压关系为
Vj=IRR
从上式可得出负载电阻上的电流和电压之间的关系为R=Vj/I，负载电阻上的电压降和结电压相等，负载电阻R上得到的电功率为IVj。
太阳能电池要获得高的转换效率就必须在一定的太阳辐射下输出尽可能大的功率IVj。
（2）太阳能电池的光谱特性
太阳能电池的光谱特性是指太阳能电池在太阳光辐射能量相同时，其光生电流随辐射光波长变化的关系。
在太阳能电池中，只有那些能量大于其材料“禁带”宽度的光子才能在被吸收时在光伏材料中产生电子—空穴对，而那些能量小于“禁带”宽度的光子即使被吸收也不能产生电子—空穴对。
光伏材料对光的吸收存在一个截止波长。
理论分析表明，对太阳光而言，能得到最佳工作性能的光伏材料应有1.5eV的“禁带”宽度,当“禁带”宽度增加时，被光伏材料吸收的总太阳能就会越来越多。
每种太阳能电池对太阳光都有自己的光谱曲线，它表明太阳能电池对不同波长光的灵敏度（光电转换能力）。
表3-1给出了不同光伏材料的截止波长和太阳能吸收效率。
当太阳光照到太阳能电池上时，某一波长的光和太阳能电池相对于该波长波的光谱灵敏度，决定该波长波的光生电流值，而太阳能电池总的光生电流值是各个波长光的光生电流值得总和。
表3.1光伏材料特性
材料
禁带宽度/eV
截止波长/µm
太阳能吸收效率/%
硅
1.1
1.1
76
砷化镓
1.35
0.9
65
磷化铟
1.25
0.97
69
碲化镉
1.45
0.84
61
硒
1.5
0.81
58
（3）太阳能电池的I—V特性
太阳能电池组件的电气特性主要是指I—V输出特性，也称伏安特性曲线，如图3-3所示。
图3-3太阳能电池I-V特性曲线
太阳能电池的I—V特性与二极管的特性相似，一般称为I—V曲线特性。
在太阳能I—V曲线中，短路电流（Isc）、开路电压（Voc）及最大功率（Pmpp）是太阳能电池的主要技术参数。
（4）太阳能电池的主要技术参数
①光电转换效率ŋ。
光电转换效率是评估太阳能电池性能的重要指标，太阳能电池的光电转换效率是指太阳能电池将接收到的光能转换成电能你的比率，即
ŋ=P0/E×100%
式中，ŋ为光电转换效率；P0为输出功率；E为太阳能电池板被照射的太阳能量。
太阳能电池组件的光电转换效率是决定太阳能电池是否具有使用价值的重要因素。
晶体硅类太阳能电池的理论光电转换效率极限为29%，而现在的太阳能电池的光电转换效率为17%～19%，因此，太阳能电池在技术上还有很大的发展空间。
②单体太阳能电池的输出电压V为0.4～0.6V，哟偶材料物理特性决定。
③填充因子FF是评估太阳光电池带负载能力的重要指标，而
FF=（Im×Vm）/（Isc×Voc）
式中，Im为短路电流；Vm为开路电压；Isc为最佳工作电流；Voc为最佳工作电压。
太阳能电池的功率输出能力与其面积大小密切相关，面积越大，在相同的光照条件下输出功率也越大。
太阳能呢电池的优劣主要由开路电压和短路电流这两项指标来衡量。
3.1.4太阳能电池的分类
制作太阳能电池主要以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电转换效应。
根据材料不同，太阳能电池分类如图3-4所示。
图3.4太阳能电池的分类
升级会员 